CN220291806U - 电动回转装置及回转工程机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工程机械技术领域，公开了电动回转装置及回转工程机械。电动回转装置包括电机，包括驱动轴；磁制动器，与驱动轴连接；回转减速机，输入端与驱动轴连接，输出端适于连接回转机构，用于带动回转机构回转；电池组件，与电机电性连接，用于为电机供电；控制器，分别与电机、磁制动器及电池组件信号连接，用于根据电机的状态，控制磁制动器的开闭以及电池组件的充放电。电机、回转减速机、磁制动器和电池组件结合形成的全电驱动和制动结构，不需要复杂的管路连接，结构简单有效，且易于维护。此外，电机反转制动时能够将机械能转化为电能，可对电池组件进行充电，从而对电能进行回收，能够提高电池组件的续航时间。

Description

电动回转装置及回转工程机械

技术领域

本实用新型涉及工程机械技术领域，具体涉及电动回转装置及回转工程机械。

背景技术

随着电机电池技术的发展，电动工程机械也逐步发展起来。但是与电动汽车的续航能力存在同样的问题，电动工程机械的电池续航能力也限制了电动工程机械的可持续工作的时间。

此外，传统的一些混动机械和电动机械的电动回转装置采用机械制动加可控分解器或者液压马达辅助驱动和制动的形式，采用上述两种形式的电动回转装置通常结构复杂，控制难度大，并且不易维护。以采用液压马达辅助驱动和制动的电动回转装置为例，液压马达与电机间通常需增加轴套或联轴器，并且也会使用相对较多的其他零部件，而且在液压马达与电机配合使用的过程中，油液易对电气件造成污染，不利于后续的使用和维护。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种电动回转装置，以解决相关技术中的电动回转装置结构复杂，控制难度大，存在污染隐患，可维护性差，工作可持续性差的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种电动回转装置，包括：

电机，包括驱动轴；

磁制动器，与所述驱动轴连接；

回转减速机，输入端与所述驱动轴连接，输出端适于连接回转机构，用于带动回转机构回转；

电池组件，与所述电机电性连接，用于为所述电机供电；

控制器，分别与所述电机、所述磁制动器及所述电池组件信号连接，用于根据所述电机的状态，控制所述磁制动器开闭以及所述电池组件充放电。其中，所述电机包括工作状态和制动状态。在工作状态，所述控制器控制所述磁制动器与所述电机开启并控制所述电池组件为所述电机供电；在制动状态，所述控制器控制所述电机反转制动并为所述电池组件充电，并在所述电机需要辅助制动时控制所述磁制动器关闭。

本实用新型提供的电动回转装置中，利用磁制动器直接安装在电机驱动轴上，用于电机的辅助制动，能够抱紧驱动轴，相比于现有的液压马达等辅助制动形式，结构更加简单，安装方便，而且无污染。具体地，电机、回转减速机、磁制动器和电池组件结合形成的全电驱动和制动结构，减少了电动回转装置中各部件间的机械连接零部件，结构简单有效，不需要复杂的管路连接，控制智能化程度高，可实现快速响应和控制，易于维护。此外，在控制器收到制动信号时，会控制电机反转制动，并判断电池组件是否能够充电，电机反转制动时能够产生电能，当电池组件的电量符合充电条件时，电池组件会对电机反转制动产生的电能进行回收，能够提高电池组件的续航时间，提高电动回转装置的工作可持续性。

在一种可选的实施方式中，所述电机还包括电机本体，所述驱动轴位于所述电机本体的轴向两端；所述磁制动器与所述电机本体轴向一端的所述驱动轴连接，所述回转减速机的输入端与所述电机本体轴向另一端的所述驱动轴连接。将磁制动器和回转减速机分装在电机本体的轴向两侧，使得安装布局更加合理。

在一种可选的实施方式中，所述电机还包括电机本体，所述驱动轴位于所述电机本体的轴向一端；所述回转减速机的输入端通过所述磁制动器与所述驱动轴的输出端连接。将磁制动器安装于电机本体与回转减速机之间，可以使结构更加紧凑，减少占用的空间。

在一种可选的实施方式中，所述电动回转装置还包括与所述控制器信号连接的制动检测元件，所述制动检测元件用于检测所述磁制动器的状态并反馈给所述控制器。制动检测元件实时监测磁制动器的工作状态并反馈给控制器，能够确保磁制动器有效制动和解锁。

在一种可选的实施方式中，所述制动检测元件为制动检测开关或距离传感器，所述制动检测元件安装于所述磁制动器上，用于检测所述磁制动器的间隙变化并反馈给所述控制器。制动检测开关可以是接近开关，感应开关，微触开关等；距离传感器可以是超声波测距传感器，激光测距传感器，红外线测距传感器等，上述的制动检测开关或距离传感器结构简单，检测可靠。

在一种可选的实施方式中，所述电动回转装置还包括电池管理系统，所述电池管理系统分别与所述控制器和所述电池组件信号连接，用于监控所述电池组件的信息并反馈给所述控制器。电池管理系统对电池组件进行管理和监测，起到电能管理、电能利用和故障报警、功能限制保护、异常停机等作用。

在一种可选的实施方式中，所述电动回转装置还包括逆变器和电源分配单元，所述逆变器和所述电源分配单元依次电性连接于所述电机和所述电池组件之间，所述逆变器和所述电源分配单元分别与所述控制器信号连接。通过设置电源分配单元，能够有效为电机、回转减速机等高压部件提供充放电控制、上电控制、电路过载短路保护、高压采样等功能，保护和监控各部件的安全运行。此外，通过逆变器能够有效地将电池组件的直流电转化为电机等部件所需要的交流电，也能够将电机反转制动时产生的交流电转化为直流电为电池组件充电。并且逆变器将其工作信息以及状态信息与控制器交互，以便于控制器实时获知逆变器的状态。

在一种可选的实施方式中，所述逆变器和所述电源分配单元独立于所述控制器设置或集成于所述控制器。将逆变器与电源分配单元与控制器集成为一体，结构紧凑，安装简便，能够进一步优化电动回转装置的结构，减小了电动回转装置的占用空间，提高了控制的智能化程度。将逆变器与电源分配单元独立于控制器设置，方便后续的维护和更换，降低维修成本。

在一种可选的实施方式中，所述磁制动器可以为电磁制动器、磁粉制动器和磁滞制动器中的任一种。电磁制动器、磁粉制动器以及磁滞制动器均具有结构简单、操作简单和响应速度快等特点，且可以通过信号实现多种控制策略，如延时制动、紧急制动、辅助制动等，当收到控制器输出的制动信号时能够实现对电机的制动。

第二方面，本实用新型还提供了一种回转工程机械，包括：

底座；

回转机构，可回转地安装于所述底座；

上述的电动回转装置，安装于所述底座且所述回转减速机的输出端与所述回转机构连接。通过回转减速机带动回转机构例如回转平台进行回转动作，在回转平台需要锁定时，通过电机制动以及磁制动器的辅助制动来实现。

此外，本实用新型的回转工程机械具有上述电动回转装置的全部优点，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的一种电动回转装置的连接关系示意图；

图2为本实用新型实施例的另一种电动回转装置的连接关系示意图。

附图标记说明：

1、电机；2、磁制动器；3、回转减速机；4、电池组件；5、控制器；6、制动检测元件；7、电池管理系统；8、逆变器；9、电源分配单元。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

针对相关技术中的电动回转装置采用液压马达等结构辅助驱动和制动，结构复杂，控制难度大，存在污染隐患，可维护性差，工作可持续性差等问题，本实用新型提供了一种电动回转装置及回转工程机械。

下面结合图1至图2，描述本实用新型的实施例。

根据本实用新型的实施例，一方面，提供了一种电动回转装置，主要包括电机1、磁制动器2、回转减速机3、电池组件4以及控制器5。

具体的，在本实施例中，电机1具有驱动轴，磁制动器2与驱动轴连接，电池组件4与电机1电性连接，用于为电机1供电。回转减速机3的输入端与驱动轴连接，回转减速机3的输出端适于连接回转机构，用于带动回转机构回转。控制器5分别与电机1、磁制动器2和电池组件4采用信号连接，具体地，控制器5可以通过CAN总线分别与电机1、磁制动器2和电池组件4进行信号连接。控制器5根据电机1的状态，控制磁制动器2开闭以及电池组件4充放电。

具体地，电机1的状态包括工作状态和制动状态。在工作状态时，控制器5控制电机1和磁制动器2开启，电池组件4放电并为电机1供电，电机1开启工作，磁制动器2的转子跟随电机1的驱动轴同步转动。在制动状态时，控制器5控制电机1反转制动并为电池组件4充电，并在电机1需要辅助制动时，控制磁制动器2关闭，具体地，在电机1转速降低到一定转速或电机1停止后控制磁制动器2关闭，进行辅助制动，使得回转机构不再发生回转运动。

具体而言，在控制器5接收到电机1工作信号时，控制器5向电池组件4发送供电信号，控制电池组件4放电以对电机1进行供电，并控制电机1启动工作，电机1的驱动轴带动回转减速机3工作，回转减速机3的输出端连接回转机构，将电机1的高转速、低扭矩转化为低转速、高扭矩，进而能够带动回转机构进行回转工作。在电机1的工作状态下，磁制动器2处于开启状态，磁制动器2的转子跟随驱动轴一起转动。在控制器5接收到制动信号时，向电机1发送制动信号，控制电机1进行反转制动，并判断电池组件4是否需要充电，电机1反转制动时能够产生电能，在电池组件4符合充电的条件下，控制器5向电池组件4发送充电信号，电池组件4接收到该充电信号进行充电，以延长电池组件4的续航时间，提高电动回转装置的工作可持续性，符合节能环保的要求。

在电机1需要辅助制动时，即需要锁死驱动轴时，需要关闭磁制动器2，具体关闭磁制动器2的时机可以是在电机1转速降低到例如100转/分时，或者电机1停止后，控制器5向磁制动器2发送辅助制动信号，磁制动器2关闭以进行辅助制动。磁制动器2具体是在电机1停机后进行辅助制动还是电机1转速降低到一定转速进行制动，是由控制器5根据具体工况进行判断并控制磁制动器2关闭的时机。下面根据不同的工况，对磁制动器2的关闭时机进行详细阐述。

一种工况下，在电机1的转速降到一定转速例如100转/分，控制器5向磁制动器2发送辅助制动信号，磁制动器2接收到辅助制动信号时关闭，磁制动器2关闭后，磁制动器2的转子停止转动并抱紧驱动轴，为电机1提供制动力，加速电机1制动，使得电机1快速停止，由磁制动器2为电机1提供动态制动。由于磁制动器2关闭时抱紧驱动轴，在电机1停止后，其驱动轴无法转动，从而确保回转机构不会再回转，以保证安全性。

另一种工况下，电机1反转制动已经结束，电机1处于静止状态，此时若要对回转机构进行锁定则需要电机1驱动轴被锁住，在控制器5接收到辅助制动信号后，控制器5向磁制动器2发送辅助制动信号，磁制动器2接收到辅助制动信号时关闭，磁制动器2抱紧驱动轴，磁制动器2为电机1提供静态制动，从而确保回转机构不会再回转，以保证安全性。此种工况多用于回转式工程机械(例如挖掘机)在下坡的工况下，需要对回转机构进行锁定以确保回转机构不会来回摆动。

由此可以看出，利用磁制动器2直接安装在电机1驱动轴上，实现了对电机1的静态制动或动态制动，相比于现有的液压马达等辅助制动形式，结构更加简单，安装方便，而且无污染。而且，电机1、回转减速机3、磁制动器2和电池组件4结合形成的全电驱动和制动结构，减少了电动回转装置中各部件间的机械连接零部件，结构简单有效，不需要复杂的管路连接，控制智能化程度高，可实现快速响应和控制，易于维护。

磁制动器2是利用电磁吸力传递力的制动器。

在一个具体的实施例中，磁制动器2可以为电磁制动器、磁粉制动器和磁滞制动器中的任一种。电磁制动器、磁粉制动器以及磁滞制动器均具有结构简单、操作简单和响应速度快等特点，且可以通过信号实现多种控制策略，如延时制动、紧急制动、辅助制动等，当收到控制器5输出的制动信号时能够实现对电机1的制动。

在一个示例中，以磁制动器2采用电磁制动器为例，电磁制动器由带绕组线圈的槽盘，衔铁，盖板，装于槽盘弹簧孔中与衔铁一端面接触的压缩弹簧，位于衔铁与盖板之间的转子组成。给线圈绕组通以额定电压后，衔铁在电磁力作用下压缩扭矩弹簧，吸附在槽盘端面，这时转子被释放，可以自由转动。断电后，衔铁在弹簧力作用下，将转子压在衔铁与盖板之间，电机1的驱动轴在摩擦力作用下制动，俗称刹车。电磁制动器在收到控制器5输出的辅助制动信号时，电磁制动器会快速响应直接关闭，立即抱紧驱动轴，使得驱动轴无法转动，从而确保回转机构不会再回转，以确保电动回转装置使用的安全性。本实施例中，电磁制动器由24V电压控制，符合工程机械的低压配电需求，因此其还具有功率低，耗电少的优点，能够节省电池组件4的电能，具有省电的优点。

在本实用新型的实施例中，电机1可以是双轴也可以是单轴，进一步地，双轴可以是分别伸出电机1轴向两端的实心轴，也可以是位于电机1内部且沿电机1轴向两端设置的空心轴，当然，双轴中还可以其中一个是实心轴，另一个是空心轴。此外，单轴可以是实心轴也可以是空心轴。下面结合具体示例来说明磁制动器2和回转减速机3与电机1的安装关系。

示例1：

如图1所示，电机1包括电机本体，驱动轴位于电机本体的轴向两端；磁制动器2与电机本体轴向一端的驱动轴连接，回转减速机3的输入端与电机本体轴向另一端的驱动轴连接。在本实施例中，电动回转装置中的电机1采用双出轴电机，电机本体的轴向两端分别设有一个驱动轴且均伸出电机本体，将磁制动器2和回转减速机3分装在电机本体的轴向两侧，使得安装布局更加合理。

示例2：

图中未示出，电机本体轴向一端的驱动轴为实心轴，另一端的驱动轴为空心轴。实心轴伸出电机本体并与磁制动器2相连接，空心轴位于电机本体内部，回转减速机3的输入端伸入电机内部与该空心轴相连接。

示例3：

图中未示出，电机本体轴向两端的驱动轴均为空心轴，空心轴位于电机本体内部。磁制动器2的连接端伸入电机本体内部与一端的空心轴相连接，回转减速机3的输入端伸入电机内部与另一端的空心轴相连接。

示例4：

如图2所示，电机1包括电机本体，驱动轴位于电机本体的轴向一端；回转减速机3的输入端通过磁制动器2与驱动轴的输出端连接。在本实施例中，电动回转装置中的电机1采用单出轴电机，驱动轴伸出电机本体。将磁制动器2与电机1的驱动轴进行连接，并使回转减速机3的输入端与磁制动器2连接。可以理解的，将磁制动器2安装于电机本体与回转减速机3之间，使结构更加紧凑，减少占用的空间。

对于电机1的其他驱动轴形式，在此不再一一举例。由此可见，电机1的驱动轴的设置形式有多种，总体来说，磁制动器2和回转减速机3位于电机本体的轴向两侧或轴向同一侧。

根据本实用新型的一个实施例，电动回转装置还包括与控制器5信号连接的制动检测元件6，制动检测元件6用于检测磁制动器2的状态并反馈给控制器5。制动检测元件6实时监测磁制动器2的工作状态并反馈给控制器5，能够确保磁制动器2有效制动和解锁。

根据本实用新型的一个实施例，电动回转装置还包括电池管理系统7(BatteryManagement System，BMS)，电池管理系统7分别与控制器5和电池组件4信号连接。电池管理系统7对电池组件4进行管理和监测，起到电能管理、电能利用和故障报警、功能限制保护、异常停机等作用。上文所提及的判断电池组件4是否符合充电条件，即由电池管理系统7来判断并反馈给控制器5。

在一种情况下，当由电池管理系统7检测到电池组件4的电量处于较高水平时，例如电量高于95％，电池管理系统7会将电池组件4目前的状态反馈给控制器5，控制器5判断此时电池组件4不需要充电，因此在电机1反转制动时，控制器5不会发出充电信号，以保护电池组件4的使用寿命，此时电机1可以将机械能转化为其他形式的能量耗散掉即可。

在另一种情况下，当由电池管理系统7检测到电池组件4的电量符合充电条件时，电池管理系统7会将电池组件4符合充电的状态反馈给控制器5，当电机1反转制动时，控制器5会发出充电信号，通过电机1对电池组件4进行充电，进而延长电池组件4的续航时间，提高电动回转装置的工作可持续性。

本实施例中，电池组件4可以包括多个电池模块，每个电池模块独立设置，可以是多个电池模块串联或并联设置，在电池管理系统7监测到某个或某些电池模块状态异常时，可以发送信号给控制器5，由控制器5控制断开异常的电池模块。

根据本实用新型的一个实施例，电动回转装置还包括逆变器8和电源分配单元9(Power Distribution Unit，PDU)，逆变器8和电源分配单元9依次电性连接于电机1和电池组件4之间，逆变器8和电源分配单元9分别与控制器5信号连接。通过设置电源分配单元9，能够有效为电机1、回转减速机3等高压部件提供充放电控制、上电控制、电路过载短路保护、高压采样等功能，保护和监控各部件的安全运行。此外，通过逆变器8能够有效地将电池组件4的直流电转化为电机1等部件所需要的交流电，也能够将电机1反转制动时产生的交流电转化为直流电为电池组件4充电。并且逆变器8将其工作信息以及状态信息与控制器5交互，以便于控制器5实时获知逆变器8的状态。

根据本实用新型的一个实施例，逆变器8和电源分配单元9可以独立于控制器5设置，也可以集成于控制器5。

在一个示例中，将逆变器8、电源分配单元9与控制器5集成为一体，结构紧凑，安装简便，能够进一步优化电动回转装置的结构，减小了电动回转装置的占用空间。

在另一个示例中，逆变器8与电源分配单元9均独立于控制器5设置，有利于后续对逆变器8与电源分配单元9的单独维护和更换，降低维修成本。

可以理解的是，在本实施例中，控制器5的数量也可以为多个，对应不同的控制部件进行单独控制，当然，也可以是多个控制部件使用同一个控制器5。

根据本实用新型的一个实施例，制动检测元件6为制动检测开关或距离传感器，制动检测元件6安装于磁制动器2上，用于检测磁制动器2的间隙变化并反馈给所述控制器5。以电磁制动器为例，制动检测元件6能够检测电磁制动器中的转子和压盘之间的间隙变化，并反馈给控制器5，能够确保磁制动器2有效制动和解锁。

制动检测开关可以是接近开关，感应开关，微触开关等；距离传感器可以是超声波测距传感器，激光测距传感器，红外线测距传感器等，上述的制动检测开关或距离传感器结构简单，检测可靠。

具体地，在本实施例中，制动检测元件6安装于磁制动器2的壳体上，安装方便。

根据本实用新型的实施例，另一方面，还提供了一种回转工程机械，包括：底座；回转地安装于底座的回转机构；安装于底座上的上述电动回转装置，且上述电动回转装置中的回转减速机3的输出端与回转机构连接。通过回转减速机3带动回转机构例如回转平台进行回转动作，在回转平台需要锁定时，通过电机1制动以及磁制动器2的辅助制动来实现。

本实施例中，回转工程机械可以但是不局限于挖掘机、起重机和旋挖钻机等回转工程机械。

以挖掘机为例，在挖掘机转移过程中，挖掘机的回转平台需要受到控制或限制，避免受到外力，在外力的作用下导致回转平台被转动，可能产生安全事故。下面结合具体情况来详细说明。

在一种工况中，需要在停机状态下对挖掘机进行转移，磁制动器2会处于断电制动状态，此时磁制动器2会抱紧驱动轴，提供静态制动，从而确保回转机构不会再回转。

在另一种工况中，需要在开机状态下对挖掘机进行转移，此时可以通过驾驶室内手柄或操纵杆等不给回转信号或给制动信号，控制电机1维持不转动，使回转机构不会回转，或可控制磁制动器2断电制动，抱紧驱动轴，从而确保回转机构不会再回转，提高了挖掘机等回转工程机械的使用安全性。

此外，本实用新型的回转工程机械还具有上述的电动回转装置的其他优点，在此不再赘述。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种电动回转装置，其特征在于，包括：

电机(1)，包括驱动轴；

磁制动器(2)，与所述驱动轴连接；

回转减速机(3)，输入端与所述驱动轴连接，输出端适于连接回转机构，用于带动回转机构回转；

电池组件(4)，与所述电机(1)电性连接，用于为所述电机(1)供电；

控制器(5)，分别与所述电机(1)、所述磁制动器(2)及所述电池组件(4)信号连接，用于根据所述电机(1)的状态，控制所述磁制动器(2)开闭以及所述电池组件(4)充放电；其中，所述电机(1)包括工作状态和制动状态，在工作状态，所述控制器(5)控制所述磁制动器(2)与所述电机(1)开启并控制所述电池组件(4)为所述电机(1)供电；在制动状态，所述控制器(5)控制所述电机(1)反转制动并为所述电池组件(4)充电，并在所述电机(1)需要辅助制动时控制所述磁制动器(2)关闭。

2.根据权利要求1所述的电动回转装置，其特征在于，所述电机(1)还包括电机本体，所述驱动轴位于所述电机本体的轴向两端；所述磁制动器(2)与所述电机本体轴向一端的所述驱动轴连接，所述回转减速机(3)的输入端与所述电机本体轴向另一端的所述驱动轴连接。

3.根据权利要求1所述的电动回转装置，其特征在于，所述电机(1)还包括电机本体，所述驱动轴位于所述电机本体的轴向一端；所述回转减速机(3)的输入端通过所述磁制动器(2)与所述驱动轴的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的电动回转装置，其特征在于，还包括与所述控制器(5)信号连接的制动检测元件(6)，所述制动检测元件(6)用于检测所述磁制动器(2)的状态并反馈给所述控制器(5)。

5.根据权利要求4所述的电动回转装置，其特征在于，所述制动检测元件(6)为制动检测开关或距离传感器，所述制动检测元件(6)安装于所述磁制动器(2)上，用于检测所述磁制动器(2)的间隙变化并反馈给所述控制器(5)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动回转装置，其特征在于，还包括电池管理系统(7)，所述电池管理系统(7)分别与所述控制器(5)和所述电池组件(4)信号连接，用于监控所述电池组件(4)的信息并反馈给所述控制器(5)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的电动回转装置，其特征在于，还包括逆变器(8)和电源分配单元(9)，所述逆变器(8)和所述电源分配单元(9)依次电性连接于所述电机(1)和所述电池组件(4)之间，所述逆变器(8)和所述电源分配单元(9)分别与所述控制器(5)信号连接。

8.根据权利要求7所述的电动回转装置，其特征在于，所述逆变器(8)和所述电源分配单元(9)独立于所述控制器(5)设置或集成于所述控制器(5)。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的电动回转装置，其特征在于，所述磁制动器(2)为电磁制动器、磁粉制动器和磁滞制动器中的任一种。

10.一种回转工程机械，其特征在于，包括：

底座；

回转机构，可回转地安装于所述底座；

权利要求1至9中任一项所述的电动回转装置，安装于所述底座且所述回转减速机(3)的输出端与所述回转机构连接。